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辽宁鑫业建筑加固工程有限公司

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地基基础加固

辽宁硅化地基注浆加固

硅化注浆地基系利用硅酸钠(水玻璃)为主剂的混合溶液(或水玻璃水泥浆),通过注浆管均匀地注入地层,浆液赶走土粒间或岩土裂隙中的水分和空气,并将岩土胶结成一整体,形成强度较大、防水性能好的结石体,从而使地基得到加强,本法亦称硅化注浆法或硅化法。

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        硅化注浆地基系利用硅酸钠(水玻璃)为主剂的混合溶液(或水玻璃水泥浆),通过注浆管均匀地注入地层,浆液赶走土粒间或岩土裂隙中的水分和空气,并将岩土胶结成一整体,形成强度较大、防水性能好的结石体,从而使地基得到加强,本法亦称硅化注浆法或硅化法。


        1.硅化法分类及加固机理


        硅化法根据浆液注入的方式分为压力硅化、电动硅化和加气硅化三类。压力硅化根据溶液的不同,又可分为压力双液硅化、压力单液硅化和压力混合液硅化三种。


       (1)压力双液硅化法


        系将水玻璃与氯化钙溶液用泵或压缩空气通过注液管轮流压入土中,溶液接触反应后生成硅胶,将土的颗粒胶结在一起,使具有强度和不透水性。氯化钙溶液的作用主要是加速硅胶的形成,其反应式为:

Na2O·nSiO2+CaCl2+mH2O→nSiO2·(m-1)H2O+Ca(OH)2+2NaCl


        (2)压力单液硅化法


         系将水玻璃单独压入含有盐类(如黄土)的土中,同样使水玻璃与土中钙盐起反应生成硅胶,将土粒胶结,其反应式为:Na2O·nSiO2+CaSO4+mH2O→nSiO2(m-1)H2O+Na2SO4+Ca(OH)2


        (3)压力混合液硅化法


         系将水玻璃和铝酸钠混合液一次压入土中,水玻璃与铝酸钠反应,生成硅胶和硅酸铝盐的凝胶物质,粘结砂土,起到加固和堵水作用,其反应式为:3(Na2O·nSiO2)+Na2OAl2O3→Al(SiO3)3+3(n-1)SiO2+4Na2O


       (4)电动硅化法


         又称电动双液硅化法,电化学加固法,是在压力双液硅化法的基础上设置电极通入直流电,经过电渗作用扩大溶液的分布半径。施工时,把有孔灌浆液管作为阳极,铁棒作为阴极(也可用滤水管进行抽水),将水玻璃和氛化钙溶液先后由阳极压入土中,通电后,孔隙水由阳极流向阴极,而化学溶液也随之渗流分布于土的孔隙中,经化学反应后生成硅胶,经过电渗作用还可以使硅胶部分脱水,加速加固过程,并增加其强度。


        (5)加气硅化法


        系先在地基中注入少量二氧化碳(CO2)气体,使土中空气部分被CO2所取代,从而使土体活化,然后将水玻璃压入土中,其后又灌入CO2气体,由于碱性水玻璃溶液强烈地吸收CO2形成自真空作用,促使水玻璃溶液在土中能够均匀分布,并渗透到土的微孔隙中,使95%~97%的孔隙被硅胶所填充,在土中起到胶结作用,从而使地基得到加固,加气硅化的化学反应方程式为:Na2SiO3+2CO2+nH2O→SiO2·nH2O+2Na2HCO3


       2.特点及适用范围


       硅化法特点是:设备工艺简单,使用机动灵活,技术易于掌握,加固效果好,可提高地基强度,消除土的湿陷性,降低压缩性。根据检测,用双液硅化的砂土抗压强度可达1.0~5.0MPa;单液硅化的黄土抗压强度0.6~1.0MPa;压力混合液硅化的砂土强度达1.0~1.5MPa;用加气硅化法比压力单液硅化法加固的黄土的强度高50%~,可有效地减少附加下沉,加固土的体积增大一倍,水稳性提高1~2倍,渗透系数可降低数百倍,水玻璃用量可减少20%~40%,成本降低30%。


      各种硅化方法适用范围,根据被加固土的种类、渗透系数而定,可参见表7-26。硅化法多用于局部加固新建或已建的建、(构)筑物基础、稳定边坡以及作防渗帷幕等。但硅化法不宜用于为沥青、油脂和石油化合物所浸透和地下水pH值大于9.0的土。

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       注:压力混合液硅化所用水玻璃模数为2.4~2.8,波美度40°;水玻璃铝酸钠浆液温度为13~15℃,凝胶时间为13~15s,浆液初期粘度为4×10-3Pa·s。


       3.机具设备及材料要求


      (1)硅化灌浆主要机具设备有:振动打拔管机(振动钻或三角架穿心锤)、注浆花管、压力胶管、φ42mm联接钢管、齿轮泵或手摇泵、压力表、磅秤、浆液搅拌机、贮液罐、三角架、倒链等。


      (2)灌浆材料有:水玻璃,模数宜为2.5~3.3,不溶于水的杂质含量不得超过2%,颜色为透明或稍带混浊;氯化钙溶液;pH值不得小于5.5~6.0,每1L溶液中杂质不得超过60g,悬浮颗粒不得超过1%;硅化所用化学溶液的浓度,可参见表7-26规定的密度值采用;铝酸钠,含铝量为180g/L,苛化系数2.4~2.5;二氧化碳,采用工业用二氧化碳(压缩瓶装)。


       采用水玻璃水泥浆注浆时,水泥用强度等级32.5普通水泥,要求新鲜无结块;水玻璃模数一般用2.4~3.0,浓度以30~45波美度合适。水泥水玻璃配合比为:水泥浆的水灰比为0.8:1~1:1;水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.6~1:1。对孔隙较大的土层亦可采用“三水浆”,常用配合比为:水泥:水:水玻璃:细砂=1:0.7~0.8:适量:0.8。


        4.施工工艺方法要点


        (1)施工前,应先在现场进行灌浆试验,确定各项技术参数。


         (2)灌注溶液的钢管可采用内径为20~50mm,壁厚大于5mm的无缝钢管。它由管尖、有孔管、无孔接长管及管头等组成。管尖作成25°~30°圆锥体,尾部带有丝扣与有孔管连接;有孔管长一般为0.4~1.0m,每米长度内有60~80个直径为1~3mm向外扩大成喇叭形的孔眼,分4排交错排列;无孔接长管一般长1.5~2.0m,两端有丝扣。电极采用直径不小于22mm的钢筋或直径33mm钢管。通过不加固土层的注浆管和电极表面,须涂沥青绝缘,以防电流的损耗和作防腐。灌浆管网系统包括输送溶液和输送压缩空气的软管、泵、软管与注浆管的连接部分、阀等,其规格应能适应灌筑溶液所采用的压力。泵或空气压缩设备应能以0.2~0.6MPa的压力,向每个灌浆管供应1~5L/min的溶液压入土中,灌浆管的平面布置和土的每层加固厚度如图7-28。灌浆管间距为1.73R,各行间距为1.5R(R为一根灌浆管的加固半径,其数值见表7-27);电极沿每行注液管设置,间距与灌浆管相同。土的加固可分层进行,砂类土每一加固层的厚度为灌浆管有孔部分的长度加0.5R,湿陷性黄土及粘土类土按试验确定。

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       (a)灌浆管构造;(b)灌浆的排列与分层加固


          1-单液灌浆管;2-双液灌浆管;3-种溶液;4-第二种溶液;5-硅化加固区

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       (3)灌浆管的设置,借打入法或钻孔法(振动打拔管机、振动钻或三角架穿心锤)沉入土中,保持垂直和距离正确,管子四周孔隙用土填塞夯实。电极可用打入法或先钻孔2~3m再打入。


       (4)硅化加固的土层以上应保留1m厚的不加固土层,以防溶液上冒,必要时须夯填素土或打灰土层。


        (5)灌注溶液的压力一般在0.2~0.4MPa(始)和0.8~1.0MPa(终)范围内,采用电动硅化法时,不超过0.3MPa(表压)。


         (6)土的加固程序,一般自上而下进行,如土的渗透系数随深度而增大时,则应自下而上进行。如相邻土层的土质不同时,渗透系数较大的土层应先进行加固。灌注溶液次序,根据地下水的流速而定,当地下水流速在1m/d时,向每个加固层自上而下的灌注水玻璃,然后再自下而上的灌注氯化钙溶液,每层厚0.6~1.0m;当地下水流速为1~3m/d时,轮流将水玻璃和氯化钙溶液均匀地注入每个加固层中;当地下水流速大于3m/d时,应同时将水玻璃和氯化钙溶液注入,以减低地下水流速,然后再轮流将两种溶液注入每个加固层。采用双液硅化法灌注,先由单数排的灌浆管压入,然后从双数排的灌浆管压入;采用单液硅化法时,溶液应逐排灌注。灌注水玻璃与氯化钙溶液的间隔时间不得超过表7-28规定。溶液灌注速度宜按表7-29的范围进行。

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       式中  v——硅化土的体积(m3);


       n——土的孔隙率;


        K——经验系数:对淤泥、粘性土、细砂,K=0.3~0.5;中砂、粗砂,K=0.5~0.7;砾砂,K=0.7~1.0;湿陷性黄土,K=0.5~0.8。


      采用双液硅化时,两种溶液用量应相等。


       (8)电动硅化系在灌注溶液的时候,同时通入直流电,电压梯度采用0.50~0.75V/cm。电源可由直流发电机或直流电焊机供给。灌注溶液与通电工作要连续进行,通电时间最长不超过36h。为了提高加固的均匀性,可采取每隔一定时间后,变换电极改变电流方向的办法。加固地区的地表水,应注意疏干。


       (9)加气硅化工艺与压力单液硅化法基本相同,只在灌浆前先通过灌浆管加气,然后灌浆,再加一次气,即告完成。


        (10)土的硅化完毕,用桩架或三角架借倒链或绞磨将管子和电极拔出,遗留孔洞用1:5水泥砂浆或粘土填实。


         5.质量控制


         (1)施工前应掌握有关技术文件(注浆点位置、浆液配比、注浆施工参数、检测要求等)。浆液组成材料的性能应符合设计要求,注浆设备应确保正常运转。


         (2)施工中应经常抽查浆液的配比及主要性能指标、注浆顺序、注浆过程的压力控制等。


         (3)施工结束后应检查注浆体强度、承载力等。检查孔数为总量的2%~5%,不合格率大于或等于20%时应进行二次注浆。检查应在注浆15d(砂土、黄土)或60d(粘性土)进行。


         (4)硅化注浆地基的质量检验标准如表7-25所示。


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